LED VU儀表采用LM3914和LM358

我們可以將音量計視為均衡器，它存在于音樂系統(tǒng)中。其中我們可以看到燈光(LED)的舞蹈，根據(jù)音樂，如果音樂是響亮的，均衡器達(dá)到其峰值，在低音樂它保持低。我們還建立了一個音量計或VU計，在MIC， OP-AMP和LM3914的幫助下，根據(jù)聲音的強度發(fā)光LED，如果聲音低，較小的LED會發(fā)光，如果聲音高，更多的LED會發(fā)光，最后檢查視頻。VU儀表還可以作為體積測量設(shè)備。

電容式MIC或麥克風(fēng)是一種聲音傳感傳感器，它基本上把聲能轉(zhuǎn)換成電能，所以有了這個傳感器，我們就有了聲音作為變化的電壓。我們通常通過這個裝置記錄或感知聲音。這種傳感器可用于所有的移動電話和筆記本電腦。典型的MIC是這樣的，

電容麥克風(fēng)極性的確定：

MIC有兩個端子，一個是正極，另一個是負(fù)極。麥克風(fēng)的極性可以用萬用表測量。取萬用表的正探頭(將儀表置于二極管測試模式)連接到MIC的一端，負(fù)探頭連接到MIC的另一端。如果你在屏幕上得到讀數(shù)，那么正極(MIC)端子在萬用表的負(fù)極。或者你可以簡單地通過觀察找到端子，負(fù)極端子有兩到三條焊接線，連接到麥克風(fēng)的金屬外殼上。這種從負(fù)極到其金屬外殼的連接性也可以使用連續(xù)性測試儀進(jìn)行測試，以找出負(fù)極。

組件要求:

運算放大器LM358和LM3914(10位比較器)和MIC(見上文)

100KΩ電阻器(2片)，1K Ω電阻器(3片)，10KΩ電阻器，47KΩ鍋，

100nF電容(2片)，1000μF電容，10個LED，

面包板和一些連接器電線。

電路圖及工作說明：

VU儀表的電路圖如下圖所示：

VU儀表工作電路簡單;首先，MIC拾取聲音并將其轉(zhuǎn)換成與聲音強度成線性關(guān)系的電壓電平。所以對于較高的聲音，我們會有較高的值對于較低的聲音，我們會有較低的值。然后將這些電壓信號送入高通濾波器濾除噪聲，濾波后的信號通過運算放大器LM358進(jìn)行放大，最后將這些經(jīng)過濾波和放大的信號送入LM3914， LM3914作為電壓表，根據(jù)聲音強度發(fā)光LED?，F(xiàn)在我們將逐一解釋每一步：

1. 使用高通濾波器去除噪聲：

MIC對聲音和環(huán)境噪音非常敏感。如果不采取某些措施，放大器將隨著音樂放大噪音，這是不希望的。因此，在進(jìn)入放大器之前，我們將使用高通濾波器濾除噪聲。這個濾波器是一個無源R-C濾波器(電阻-電容)。它易于設(shè)計，由單個電阻和單個電容器組成。

由于我們測量的是音頻范圍，所以必須精確地設(shè)計濾波器。在設(shè)計電路時必須考慮高通濾波器的截止頻率。高通濾波器允許高頻信號從輸入傳遞到輸出，換句話說，它只允許頻率高于濾波器規(guī)定頻率(截止頻率)的信號通過。電路中顯示了一個高通濾波器。

人耳可以選擇2-2Khz的頻率。因此我們將設(shè)計一個截止頻率在10-20Hz范圍內(nèi)的高通濾波器。

高通濾波器的截止頻率可由公式求得：

F = 1/ (2πrc)

利用這個公式，我們可以求出所選截止頻率的R和C值。這里我們需要一個10-20赫茲之間的截止頻率。

現(xiàn)在對于R =100KΩ， C = 100nF的值，我們將在16Hz左右設(shè)置截止頻率，這只允許頻率高于16Hz的信號出現(xiàn)在輸出端。這些電阻器和電容器的值不是強制性的，一個可以玩方程更好的準(zhǔn)確性或便于選擇。

2. 聲音信號的放大：

去除噪聲元件后，將信號送入運算放大器LM358進(jìn)行放大。OP_AMP代表“運算放大器”。這是由帶有三個IO(輸入輸出)引腳的三角形符號指定的。我們不打算在這里詳細(xì)討論這個問題。您可以通過LM358電路了解更多細(xì)節(jié)。在這里，我們將使用運算放大器作為負(fù)反饋放大器來放大來自MIC的低幅值信號，并使它們達(dá)到LM3914可以拾取的水平。

典型的運算放大器負(fù)反饋連接如下圖所示。

輸出電壓的公式為：

Vout = Vin ((R1+R2)/R2)根據(jù)這個公式，我們可以選擇放大器的增益。

MIC信號為μv時，我們不能將其直接饋送到電壓表進(jìn)行讀取，因為電壓表實際上不可能選擇這些低電壓。使用增益為100的運算放大器，我們可以放大來自MIC的信號，并進(jìn)一步將其饋送到電壓表。

3. 使用LED顯示聲級：

現(xiàn)在我們有了經(jīng)過過濾和放大的音頻信號。該濾波器放大了來自運算放大器的音頻信號，并將其交給LM3914芯片上的LED電壓表，用于測量音頻信號的強度。LM3914是一個基于聲音/電壓強度驅(qū)動10個LED的芯片。該IC根據(jù)輸入電壓值提供LED照明形式的十進(jìn)制輸出。最大測量輸入電壓隨參考電壓和電源電壓而變化。這種單片器件可以通過一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此我們可以直觀地表示運放的模擬值。

LM3914芯片具有許多功能，可以修改為電池保護(hù)電路和電流表電路。但在這里，我們只討論有助于我們構(gòu)建伏特計的功能。

LM3914是一個10級電壓表，這意味著它在10位模式下顯示變化。該芯片將測量輸入電壓作為一個參數(shù)，并將其與參考電壓進(jìn)行比較。假設(shè)我們選擇一個參考“V”，現(xiàn)在每當(dāng)測量輸入電壓上升“V/10”時，我們就會有一個更高值的LED發(fā)光。就像如果我們給“V/10”，LED1會發(fā)光，如果我們給“2V/10”，LED2會發(fā)光，如果我們給“8V/10”，LED8會發(fā)光。因此，音樂音量越大，LED的視覺表現(xiàn)就越多(LED發(fā)光越多)。

電路中的LM3914 IC：

LM3914內(nèi)部電路如下圖所示。LM3914基本上是10個比較器的組合。每個比較器是一個運算放大器，在其負(fù)端獲得參考電壓。

如前所述，參考值應(yīng)根據(jù)最大測量值來選擇。OP_AMP的輸出將從0-4V的最大值。所以我們需要選擇LM3914的參考電壓為4V。

參考電壓由連接在LM3914的RefADJ引腳的兩個電阻選擇，如下圖所示。參考電壓的公式如下圖所示(取自其數(shù)據(jù)表)：

現(xiàn)在，基于參考電壓的電阻劃分有一個問題，它在某種程度上依賴于電源電壓。因此，我們用電路圖中所示的47KΩ罐代替了恒阻R2。鍋就位后，我們可以根據(jù)方便程度來調(diào)整參考。

參考值為4V，根據(jù)聲強每增加0.4V，高顯著性LED發(fā)光。LED的測量電平為，

+ 0.4 v, v + 0.8, + 1.2 v, + 1.6 v, v + 2.0, + 2.4 v, v + 2.8, + 3.2 v, v + 3.6, + 4.0 v。

在果殼里，當(dāng)有聲音時，MIC產(chǎn)生的電壓代表了這些聲波的大小，這些來自MIC的信號被R-C濾波器過濾。濾波后的信號送入運算放大器LM358進(jìn)行放大。這些經(jīng)過濾波和放大的MIC信號被輸入到電壓表LM3914。LM3914比較電壓表根據(jù)給定信號的強度發(fā)光LED。于是我們有了聲音測量儀器，也就是音量計。

本文編譯自circuitdigest